輕型商用車制動熱衰退性能道路試驗研究

魏仲文 王玉婷 柳建偉 付旺

摘 要：針對國內(nèi)某款輕型液壓制動系統(tǒng)商用車進行了不同測試方案的制動性能道路試驗，從不同側(cè)重點分析了制動產(chǎn)生的熱衰退對整車制動性能的影響。試驗結(jié)果表明，隨著制動頻次的增加，制動器溫度急劇升高，致使制動器材料發(fā)生分解，摩擦系數(shù)降低，導致車輛產(chǎn)生制動熱衰退現(xiàn)象。此時若要保持恒定制動減速度，則必須提高制動踏板力;反之，若一直使用相同制動踏板力制動，則制動距離增加;從 10*10次制動循環(huán)試驗結(jié)果可以看出，即使每個循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，由于上個制動循環(huán)帶來的高溫已經(jīng)對制動器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動力不足以致剎車距離變長的現(xiàn)象。

關鍵詞：制動系統(tǒng);道路試驗;熱衰退

中圖分類號：U463.5 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）21-143-03

Abstract： According to a light hydraulic braking commercial vehicle in China， different schemes about road braking tests were carried out. The test results show that with the increase of braking numbers， the brake temperature rises sharply， which leads to the decomposition of brake material and the reduction of friction coefficient， resulting in the phenomenon of braking thermal recession. At this point in order to maintain a constant braking speed， it must increase the brake pedal force; Otherwise， braking with the previous brake pedal force， the braking distance increases; From the results of 10*10 braking cycle tests， it can be seen that even if the initial temperature of each cycle is reduced to below 100℃， as the high temperature brought by the last braking cycle has had an irreversible impact on the brake material， and the vehicle also appears insufficient braking force and longer braking distance phenomenon.

Keywords： Brake system; Road test; Thermal

CLC NO.： U463.5 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）21-143-03

1 前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量在高速增加，人們對汽車性能也提出了更高的要求，制動性能作為車輛最為重要的主動安全性能是評價整車性能的關鍵因素。研究表明，汽車長時間進行強度較大的制動時，制動器溫度常在300℃以上，甚至能達到600～700℃[1]，這是因為制動過程實質(zhì)是把汽車的動能通過制動器轉(zhuǎn)化為熱能，隨著制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)減小，通過摩擦產(chǎn)生的制動力矩也會有顯著下降，這種現(xiàn)象被稱為制動器熱衰退。汽車制動器熱衰退會導致車輛制動性能降低，制動距離延長，大大增加了交通事故的發(fā)生幾率。

制動系統(tǒng)抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動時制動效能的保持程度來衡量。國內(nèi)外對制動器熱穩(wěn)定性的研究主要集中在建模分析上[2，3]。但由于制動器熱衰退性能受路況、車況、試驗人員等諸多因素影響，因此研究制動器熱衰退的有效手段是道路試驗。

受國內(nèi)某汽車企業(yè)的制動系統(tǒng)研發(fā)試驗委托，對其提供的某款輕型廂式貨車進行制動系統(tǒng)道路試驗研究，采取多種試驗方案分別獲取制動器溫度，制動踏板力，制動減速度等參數(shù)，從不同方面考察制動系統(tǒng)熱衰退對制動性能影響，為后續(xù)底盤制動系統(tǒng)的匹配及驗證試驗提供參考。

2 試驗

2.1 試驗車輛

試驗用車型為國內(nèi)某汽車企業(yè)提供的輕型商用車，該車型采用液壓雙回路前后盤式制動，車輛總質(zhì)量為5984kg，最大車速為125km/h。

2.2 試驗系統(tǒng)搭建

該試驗系統(tǒng)主要試驗設備如表1所示。因本次制動試驗需要采集信號較多，所以必須合理布置每個儀器設備，以保證試驗順利進行。

2.3 試驗方案

試驗是在鹽城汽車試驗場直線性能試驗路進行，路面為瀝青鋪裝，樣車的加載以及試驗方法主要依據(jù)GB12676-2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求和試驗方案》[4]以及企業(yè)標準進行。本次試驗主要考察熱衰退對制動踏板力、制動距離的影響，熱衰退循環(huán)對制動性能的影響，因此制定以下4種試驗方案。

方案1：熱衰退對制動踏板力的影響。車輛從0.8Vmax開始，以5.0m/s2制動減速度制動10次，考察制動踏板力的變化。

方案2：熱衰退對制動距離的影響。車輛從0.8Vmax開始，以500N的最大踏板作用力進行10次制動，考察制動距離變化。

方案3：熱衰退循環(huán)對制動性能的影響。采用國際認可的AMS制動試驗確定試驗樣車的制動距離。試驗方法為：連續(xù)10次車輛從時速100 km/h通過制動使汽車停止，記錄制動器溫度，制動踏板力，制動踏板位移等參數(shù)。此項測試僅評估第一次和第十次的制動過程，以在制動襯片冷卻和發(fā)熱狀態(tài)下提供關于其特性的信息。在此試驗基礎上連續(xù)做10個AMS制動循環(huán)（即10*10制動循環(huán)），考察熱衰退循環(huán)狀況下車輛制動性能的變化。

方案4：I型試驗方法考察熱衰退對制動性能的影響。試驗方法為：汽車從規(guī)定初速度V0=60km/h開始制動，速度降到1/2V0解除制動，再以最大制動減速度加速到V0，試驗重復制動20次，每個制動循環(huán)時間為60s。重復試驗結(jié)束1min內(nèi)發(fā)動機脫開，以與O型試驗相同條件測定制動系統(tǒng)熱態(tài)制動性能?？疾鞜釕B(tài)狀態(tài)下與冷態(tài)狀態(tài)下的制動性能關系。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱衰退對制動踏板力的影響

試驗樣車制動初速度為100km/h，制動減速度基本保持不變，連續(xù)進行10次制動，踏板力變化見圖1。

圖中每一段曲線峰值代表一次制動，曲線峰值之間部分代表車輛非制動行駛。從圖中可看出，隨著制動次數(shù)的增加，制動器溫度有明顯上升，在保持制動減速度基本不變的情況下，制動踏板力從191N增加到273N。產(chǎn)生此現(xiàn)象原因是因為制動過程中，摩擦材料與制動器產(chǎn)生摩擦，整車的運動動能90%轉(zhuǎn)化為熱能，即表現(xiàn)為制動器溫度升高，制動系統(tǒng)的摩檫片里含有大量的有機化合物，這些有機化合物在生產(chǎn)過程中被固化下來。當制動器超過一定溫度后，摩檫片里的有機化合物受熱分解，所產(chǎn)生的氣體和液體析出，起著潤滑的作用，導致摩擦系數(shù)變小，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，此時若要使車輛繼續(xù)保持恒定的制動減速度，勢必需增加制動踏板力。

3.2 熱衰退對制動距離的影響

試驗樣車制動初速度為100km/h，制動踏板力基本保持不變，連續(xù)進行10次制動，踏板距離變化見圖2。

從圖2可看出，隨著制動次數(shù)的增加，制動器溫度上升明顯，在保持制動踏板力基本不變的情況下，制動距離從61.3m增加到70.5m。原因同3.1所述，制動器溫度上升會導致摩擦系數(shù)降低，若使用同樣踏板力，必會導致制動距離變長。

3.3 熱衰退循環(huán)對制動性能的影響

本節(jié)考察樣車在熱態(tài)狀態(tài)下，進行10*10的AMS制動試驗，考察熱衰退循環(huán)狀況下樣車制動性能的變化。AMS制動試驗是由德國汽車類雜志AMS（Auto Motor und Sport）組織的對歐洲市場車輛制動性能測試，其條件嚴格且測試結(jié)果公正、可靠，在歐洲很受公眾和消費者認可。試驗制動初速度為100km/h，單個AMS制動試驗結(jié)果如圖3。

從圖中可以看到10次連續(xù)制動過程中制動器溫度上升極為劇烈，第10次制動時，制動器溫度高達450℃。制動器溫度的變化，引起制動性能發(fā)生變化，制動踏板力趨于變大，制動距離趨于變長。AMS試驗主要考察第1次和第10次制動性能變化情況，10*10次制動循環(huán)過程中制動距離有增大趨勢，制動踏板力也有明顯增加趨勢。并且經(jīng)試驗驗證即使每個循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，但是由于上個循環(huán)的高溫已經(jīng)對制動器材料造成部分不可逆影響，所以制動性能在持續(xù)下降。

3.4 I型試驗方法考察熱衰退對制動性能影響

我國GB12676-2014規(guī)定了商用車輛制動系統(tǒng)必須符合I型試驗要求，本試驗樣車試驗結(jié)果圖表2，可以看出重復制動后熱態(tài)制動器制動效能制動距離和MFDD不低于該類車規(guī)定性能的80%，也不低于發(fā)動機脫開的O型試驗數(shù)據(jù)的60%，穩(wěn)定性未超出3.7m，滿足國標要求。

4 結(jié)論

本文對某車企5.9t廂式運輸車制動系統(tǒng)進行了多方案的道路試驗研究，結(jié)果顯示，隨著制動次數(shù)的增加，制動器升溫極快，當超過一定溫度后，摩擦系數(shù)降低，車輛出現(xiàn)制動熱衰退現(xiàn)象。若要保持恒定制動減速度，則必須提高制動踏板力;反之，若一直使用相同制動踏板力制動，則制動距離增加;從 10*10次制動循環(huán)試驗可以看出，即使每個循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，因高溫已對制動器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動力不足以致剎車距離變長的現(xiàn)象。剎車過程是動能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，如果能將熱能釋放出去，那么無疑會加快其轉(zhuǎn)化速度，從而使汽車更快失去動能實現(xiàn)良好的制動效果，因此可采用空心通風盤式制動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動器。除從制動系統(tǒng)本身來解決問題，也需要掌握制動技巧，比如，在汽車下長坡、崎嶇山路等陡峭路面時，可采用發(fā)動機制動+剎車輔助，即利用發(fā)動機的壓縮行程產(chǎn)生的壓縮阻力，內(nèi)摩擦力和進排氣阻力對驅(qū)動輪形成制動作用來達到汽車減速的目的等。

參考文獻

[1] 張磊.盤式制動器熱結(jié)構耦合分析及制動性能優(yōu)化[D].吉林大學， 2012.

[2] 吳昊.汽車通風式盤式制動器熱—結(jié)構耦合分析及結(jié)構的優(yōu)化設計[D].華南理工大學，2016.

[3] 趙凱輝.汽車制動器熱衰退性能及相關制動安全檢測研究[D].長安大學，2010.

[4] GB 12676-2014：商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2015.